通过纳米和碳空心微观圈的多尺度协同效应,支持动态冲击阻力增强的机制
Yingying Yu1, Cheng Yang1, Yaxi Zhang1
1College of Safety Science and Engineering, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China.
Polymers
|October 16, 2025
概括
这项研究通过使用纳米和碳空心微球来增强灵活的冲击材料. 这种新型复合材料显示出优越的强度和能量吸收,用于轻量级的冲击保护.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术纳米技术
- 聚合物科学 聚合物科学
背景情况:
- 灵活的冲击保护材料在平衡轻量设计,灵活性和能量吸收方面面临着挑战.
- 现有的材料往往会损害另一种材料的特性,限制它们的应用.
研究的目的:
- 为灵活的冲击保护材料开发一个多层次的协同增强方法.
- 在各种应变率下,研究聚二甲基 (PDMS) 复合材料与纳米 (NS) 和碳空心微球 (CHM) 的机械行为.
- 建立一个分层的"刚性-灵活的能量吸收"结构设计.
主要方法:
- 将纳米级的纳米二氧化 (NS) 和微规模的碳空心微球 (CHM) 纳入一个灵活的聚二甲基 (PDMS) 矩阵.
- 在广泛的应变速率 (10−34500 s−1) 范围内对机械行为的系统研究.
- 分析NS和CHM之间对复合材料属性的协同作用.
主要成果:
- 一种含有1重%NS和3重%CHM的复合材料达到39.73MPa的准静态压力强度 (比纯PDMS提高67%).
- 在动态冲击下 (4500s-1),这种复合材料的特定能量吸收率为40.18J/g (179%的增强比4重%的CHM复合材料).
- 展示了一种分层的能量吸收机制,涉及NS纳米网的力传输和CHM粉碎.
结论:
- 多尺度协同增强方法有效地改善了轻量级的柔性冲击保护材料.
- 开发的复合材料提供了卓越的机械强度和能量吸收性能.
- 这项工作为先进的抗冲击材料提供了一种新的结构设计策略.
